(57)【要約】【課題】燃料電池のガス循環経路内に生じる水分を除去する。気液分離フィルタ等の補器の適用はガス循環経路の圧力損失を増大させ、発電効率を悪化させる。【解決手段】燃料電池スタックのガス出口部とガス出口側配管とを接続するマニホールド５において、マニホールド内通路６の側壁面に、スタックのガス出口部からのガス流れに対して交差する方向に溝１１を形成すると共に、前記出口側配管との接続部よりも下方に位置するように、マニホールド内通路の下部に排水口１２を設け、ガス中の水分を溝にて捕捉し、排水口から外部に排出するように図る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックのガス出口部とガス出口側配管とを接続するマニホールドにおいて、
前記ガス出口部から出口側配管に至るマニホールド内通路の側壁面に、前記ガス出口部からのガス流れに対して交差する方向に溝を形成すると共に、
前記出口側配管との接続部よりも下方に位置するように、前記マニホールド内通路に排水口を設けたことを特徴とする燃料電池のマニホールド。
【請求項２】
前記溝は、複数のものを前記排水口を基端として放射状に形成してある請求項１に記載に燃料電池のマニホールド。
【請求項３】
前記溝は、その深さが排水口に向かって次第に深くなっている請求項１に記載の燃料電池のマニホールド。
【請求項４】
前記溝は、その横断面においてガス流れ方向の下流側となる壁面が、該ガス流れの上流側に傾斜したオーバハング形状を有している請求項１に記載の燃料電池のマニホールド。
【請求項５】
前記側壁面は、その表面に親水加工を施してある請求項１に記載の燃料電池のマニホールド。
【請求項６】
前記溝とガス流れとの交差角度は略直角である請求項１に記載の燃料電池のマニホールド。
【請求項７】
燃料電池スタックのガス出口部とガス出口側配管とを接続するマニホールド内通路の側壁面に、前記ガス出口部からのガス流れに対して交差する方向に溝を形成すると共に、
前記出口側配管との接続部よりも下方に位置するように、前記溝の途中ないし端部に排水口を設けたことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のマニホールド構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の反応に伴って発生した水分または加湿のために供給された水分が燃料ガスまたは酸化剤ガスの循環経路内に溜まると圧力損失が発生して燃料電池の発電効率を悪化させる。また、燃料電池スタック内にて凝縮した水分は反応を阻害して発電性能を低下させる。
【０００３】
特許文献１に示された燃料電池ではスタック内のガス流路に液水排水用ドレインを設けて有害な水分を排出するようにしている。
【特許文献１】特表２００２−５３２８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池スタックから排出される水分をより確実に除去するためには気液分離フィルタまたは気液分離タンク等の補助的な機器を適用する必要がある。しかしながらこれらの補機は一般に圧力損失を生じるので発電効率を悪化させる。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、補助的な機器を追加する必要が無く、かつ発電効率の向上に有効な燃料電池またはそのためのマニホールドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料電池スタックのガス出口部とガス出口側配管とを接続するマニホールドにおいて、前記ガス出口部から出口側配管に至るマニホールド内通路の側壁面に、前記ガス出口部からのガス流れに対して交差する方向に溝を形成すると共に、前記出口側配管との接続部よりも下方に位置するように、前記マニホールド内通路に排水口を設けたことを特徴とする燃料電池のマニホールド、または該マニホールドを備えた燃料電池である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池スタックからの排出ガス中に含まれる水分を、マニホールド出口に至るまでの通路側壁面にて捕捉し、溝を介して排水口から外部に排出することができる。本発明においては、マニホールド内通路の側壁面に形成した溝により気液分離を行うので圧力損失を生じることがなく、ガス経路内への水分の滞留を回避できることとあわせて、燃料電池の発電効率を高く維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は実施形態に係る燃料電池の基本構成の概略を示している。図において１は多数のセルを積層してなる燃料電池スタックであり、この場合上下に２個のスタック１を配列してある。２は燃料ガスまたは酸化剤ガス（以下、単に「ガス」と言う。）を流通させるためのガス通路を表しており、スタック１の一端部側のエンドプレート３にその出口部４が開口している。５は各スタック１のエンドプレート３側の端部に結合されたマニホールドであり、各スタック１のガス通路２およびその出口部４からの排出ガスをマニホールド内通路６により集合させ、１箇所の排出口７からまとめて外部に排出させる。前記排出口７には出口側配管（図示せず）が接続し、この出口側配管を介して、使用済みのガスを外部に排出または再利用のために燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給系統に再循環させる。
【０００９】
図２は前記マニホールド５およびマニホールド内通路６の構成を示している。マニホールド内通路６は、図で左側端の上下に位置するように前記スタック出口部４に対応する２箇所のガス導入部８を備え、これらのガス導入部８から導いた排出ガスを、右側端の略中間の高さに位置するように開口させた排出口７から出口側配管へと排出させるようにしてある。
【００１０】
このマニホールド内通路６には、その側壁面（図２は正面側の壁面のみを示している。）に複数個の溝１１を形成してある。前記溝１１は、前記ガス導入部８から排出口７へと向かうガスの流れ（矢印方向）と交差するように、この場合マニホールド内通路６の上下方向に延びるように形成してある。この実施形態では、マニホールド内通路６の下端部に排水口１２を設け、この排水口を基端として放射状に溝１１を形成してある。同様の溝１１は、図１にも示したように、マニホールド内通路６の対向する側壁面にも形成してある。図３は前記溝１１の横断面形状を示してあり、この場合図示したように矩形状の断面形状としてある。
【００１１】
前記構成において、燃料電池スタック１のガス通路２から排出されたガスは、マニホールド内通路６のガス導入部８から排出口７へと向かって流れ、排出口７から外部の配管へと排出される。このマニホールド内通路６内での流れの過程で、ガス中の水分はガス流れに交差する複数の溝１１に捕捉され、溝１１に沿って下方に落下する。各溝１１内を落下した水分は排水口１２に集合し、排水口１２を介して外部に排出される。これによりガス中の水分は除去されると共に、排出ガスを再循環させたときにガス供給系統および燃料電池スタック内に水分が滞留して圧力損失を増大させたり、反応を阻害したりすることに起因する発電効率の悪化を回避することができる。むろん、溝１１を設けたことによって圧力損失が発生するようなこともない。
【００１２】
なお、前記構成において、溝１１の深さを排水口１２に向かって次第に深くなるように形成することで、溝１１内に捕捉した水分が溢れるのを抑制して、より確実に外部へと導くことができる。溝１１への水分の捕捉をより確実にするためには、例えば図４に示したような横断面形状を付与するようにしてもよい。この溝１１は、その横断面においてガス流れ方向（矢印方向）の下流側となる壁面１１ａが、ガス流れの上流側に角度θだけ傾斜したオーバハング形状を有している。このような横断面形状とすることにより、水分がいちど溝１１内に捕捉されると、マニホールド内通路６内でのガス流速が高い場合においてもガス流れにより溝内１１の水分が溢れるのをより確実に防止して、水分を排出する効率を高めることができる。
【００１３】
図５には溝１１の形成態様に関する他の実施形態を示す。この実施形態は、マニホールド内通路６の下端部に設けた排水口１２を基端として放射状に複数の溝１１を形成する点では図１に示した実施形態と同様である。ただし、個々の溝１１の横断面形状を、図６または図７に示したように、ガス流れの上流側から下流側に向かって次第に深くなる傾斜面１１ｂと、その下流側端部から立ち上がる壁面１１ａとからなる階段状に形成した点において異なる。なお、図６は前記下流側壁面１１ａを略鉛直に立ち上げたもの、図７は前述した下流側壁面１１ａが傾斜角θを有するオーバハング形状として水分の捕捉をより確実にしたものである。
【００１４】
前記各実施形態において、マニホールド内通路６の表面全体または溝１１を形成した側壁面のみに親水加工を施してもよい。これにより壁面に付着した水滴の成長を抑制し、ガス流れに押されて水滴が排出口７へと流されるのを防止して、溝１１による捕捉および排出をより効果的に行うことが可能となる。
【００１５】
また、前記各実施形態では複数の溝１１を排水口１２に向かって集合する態様で放射状に形成してあるが、溝１１の形成態様はこれに限られるものではなく、例えばマニホールド内通路６でのガス流れの流線に対して直交するように溝１１を形成することで、ガス中の水分の捕捉をより効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の概略構成を示す縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面にて示したマニホールド断面図。
【図３】第１の実施形態の溝の横断面形状を示す拡大断面図。
【図４】第１の実施形態の溝の横断面形状の他の例を示す拡大断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るマニホールドの断面斜視図。
【図６】第２の実施形態の溝の横断面形状を示す拡大断面図。
【図７】第２の実施形態の溝の横断面形状の他の例を示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１    燃料電池のスタック
２    ガス通路
３    エンドプレート
４    ガス出口部
５    マニホールド
６    マニホールド内通路
７    ガス排出口
８    ガス導入部
１１    溝
１２    排水口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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